一种锥束CT中平板探测器输出图像校正方法

为了消除平板探测器缺陷在锥束CT重建切片中引起的伪影,提出一种投影图像校正方法.通过对投影图像进行暗场和增益不一致校正,推导了像元增益系数公式;对增益系数以及像元输出的期望和方差进行直方图分析以识别坏像素,根据坏像素分布特征设计相应的插补方案;通过局部屏蔽区域数据统计暗场波动幅度并逐行修正.实验结果表明,该方法使投影图像灰度分布均匀,像元输出波动和切片伪影得到有效抑制.     

三维锥束CT中几何参数的校正研究

计算机断层成像技术在工业和医学中的应用,三维锥束CT(Computed Tomography)是显微CT和工业CT目前研究的热点.三维锥束CT系统一般采用FDK重建算法,算法要求锥束中心射线垂直于探测器且投影在探测器中心,然而由于系统机械精度的不足难满足要求,从而给重建结果带来伪影.为解决上述问题,提出了一种投影数据的校正方法:在重建前首先根据几何参数对每幅投影数据进行修正,修正完后再进行重建.实验结果证明:改进后能有效地改善几何参数误差引起的图像失真,对三维锥束CT扫描系统的几何校正具有重要意义.     

定步长压缩感知锥束CT重建算法

针对锥束CT成像系统中投影数据不完全的图像重建问题,提出了一种定步长压缩感知锥束CT重建算法。首先将锥束CT重建问题归结为投影数据均方误差作为数据保真项、全变分作为正则项的无约束优化问题,分析目标函数的Lipschitz连续性;然后近似计算Lipschitz常数,求出梯度下降步长,利用梯度下降法进行重建;最后对CT投影数据采用联合代数重建算法更新重建图像。在每次迭代过程中调整梯度下降步长,提高重建算法的收敛速度。Shepp-Logan模型的无噪声实验结果表明,该算法的重建图像信噪比分别比联合代数重建算法、自适应最速下降-凸集投影算法、BB梯度投影算法的重建图像信噪比高出13.7728dB、12.8205dB、7.3580dB。仿真试验表明该重建算法提高了收敛速度,同时减少了重建图像的相对误差,极大提高了用少量投影数据重建的图像质量。     

定步长压缩感知锥束CT重建算法

针对锥束CT成像系统中投影数据不完全的图像重建问题,提出了一种定步长压缩感知锥束CT重建算法。首先将锥束CT重建问题归结为投影数据均方误差作为数据保真项、全变分作为正则项的无约束优化问题,分析目标函数的Lipschitz连续性;然后近似计算Lipschitz常数,求出梯度下降步长,利用梯度下降法进行重建;最后对CT投影数据采用联合代数重建算法更新重建图像。在每次迭代过程中调整梯度下降步长,提高重建算法的收敛速度。Shepp-Logan模型的无噪声实验结果表明,该算法的重建图像信噪比分别比联合代数重建算法、自适应最速下降-凸集投影算法、BB梯度投影算法的重建图像信噪比高出13.7728 dB、12.8205 dB、7.3580 dB。仿真试验表明该重建算法提高了收敛速度,同时减少了重建图像的相对误差,极大提高了用少量投影数据重建的图像质量。     

偏心螺旋锥束CT的Katsevich修正重建算法

在实际的锥束工业CT中,射线源焦点与探测器中心的水平高度不一致及转心偏移等原因会使获得的实际投影数据发生偏移。如果直接利用实际扫描所得投影数据进行图像重建,得到的图像不清晰。针对以上问题,该文修正Katsevich精确重建算法,以适应偏心的CT成像系统。将投影数据的偏移转换为探测器中心的偏移。在重建过程中,根据探测器的中心偏移量,对滤波线方程、滤波前后的重排和校正以及反投影过程进行修正处理。计算机仿真实验结果证实,该方法可以有效减小投影数据的偏移对重建图像的影响。     

锥束CT检测成像仿真系统的研究与实现

设计并实现一个用于CT专业教学和科研的锥束CT检测成像仿真系统.该仿真系统能够模拟对CT设备的控制,生成正投影数据,重建被测物体,并能对重建结果进行三维显示.该系统包括如下关键技术:按真实比例对CT设备建模,实现了锥束CT工作过程的可视化;用场景图方法组织CT场景,简化了场景图形的管理方式;采用GPU加速CT正投影、图像重建和体绘制算法,在一定程度上解决了锥束CT大数据量快速计算问题.实验结果表明,该系统具有较快的运行速度,可满足用户交互操作的需要.     

非PI线的半覆盖螺旋锥束CT的Katsevich重建

半覆盖螺旋锥束CT可以扩大传统螺旋锥束CT的视场区域,但是每个投影角下的投影数据都是横向截断的。Katsevich算法作为一种精确的重建算法,它可以得到质量较高的重建图像,但是它要求PI线上的数据是非截断的,无法直接应用于半覆盖的螺旋锥束CT。根据半覆盖螺旋锥束CT的特点和Katsevich算法本身的分析,提出了一种非PI线的Katsevich算法。它将求导后的投影数据直接沿探测器的行方向进行滤波,而不是将投影在Tam窗内重排后滤波。反投影时,也不需要根据重建点求相应的PI区间,而是直接根据重建点的z坐标求出的2π区间。实验结果表明,提出的成像方法避开了PI线对重建的影响,得到了待检测区域的完整图像。     

三维锥束重建中滤波器的设计

设计了几种用于CT三维锥束图像重建的滤波器,并将其对图像质量的影响进行了分析。CT是一种先进的成像技术,现已被应用于多个领域。CT图像重建算法多采用滤波反投影法,滤波是此方法的核心部分。本文介绍了三维锥束近似重建的基本原理,分析并设计了几种用于CT锥束图像重建的滤波器,并且通过投影数据的图像重建结果分析了不同滤波函数对断层图像重建质量的影响。实验结果证明：所设计的几种滤波器能较好的满足实际图像重建的要求。     

一种基于先验图像的锥束CT 金属伪影校正算法

为了有效抑制锥束CT(CBCT)重建中金属植入物引入的伪影,提出一种基于先验 图像的金属伪影校正算法。首先对含金属伪影的重建图像进行双边滤波、金属阈值分割、组织 聚类等预处理,获得金属图像和不含金属信息的先验图像;再对二者正向投影,获得金属投影 区域和先验投影数据;而后利用先验投影数据及金属边界邻域的投影数据对金属投影区域插值, 获得修复的投影数据;最后利用FDK 算法对修复的投影数据重建,并将其与金属图像融合,获 得最终的校正图像。为了验证该算法的性能,利用三维Shepp-Logan 头部模型数据和临床头部 CT 数据开展金属伪影校正实验,结果表明：与常用的线性插值算法和图像修补算法相比,该算 法的校正图像均方根误差最小、峰值信噪比最大。这说明该算法在有效保留图像边缘信息的同 时,可有效地抑制金属伪影。     

基于三维加权和双域滤波的螺旋CT伪影校正

螺旋CT重建会受到锥束伪影和风车伪影的影响,锥束伪影是由于锥角和螺距过大而导致的,而风车伪影由纵向方向采样不足引起,为了降低锥束伪影与风车伪影对CT图像的影响,提出一种螺旋CT伪影校正算法;首先采用三维加权螺旋FDK算法进行重建,有效去除重建图像中的锥束伪影,然后采用改进的双域滤波算法对含风车伪影图像进行校正;三维加权螺旋FDK算法通过对大锥角的射线给予不利权重来抑制锥束伪影,改进的双域滤波算法可以在去除风车伪影的同时保留更多的细节;计算机仿真实验结果表明,该算法能有效地抑制重建图像中的锥束伪影和风车伪影,提高CT图像的质量。     

基于最小圆柱区域的锥束CT快速图像重建

传统锥束CT通常选取立方体或其内切圆柱作为图像重建的区域,因此考虑到工业CT重建目标尺寸差异较大的特点,提出了一种基于最小圆柱区域的快速三维图像重建方法。首先由不同视角下的锥束投影数据通过直线扫描转换算法构建重建目标的最小区域包络图;然后通过区域填充方法来进一步确定最小区域包络;在此基础上,采用中点圆算法得到最小圆柱区域的半径。该方法能够根据重建目标的尺寸自适应地确定最小圆柱重建区域,从而减少了不必要的计算。实验结果表明,该方法有效地提高了ART算法的重建速度,同时取得了较好的重建质量。     

锥束CT的图像分块OSEM重建算法

在计算机断层成像（CT）中,有序子集最大期望值算法（OSEM）能够在较短的时间内重建出高质量的图像。对含有噪声的投影数据,投影旋转分度子集划分的不同会影响到图像的重建质量和收敛速度。针对三维锥束CT情况,研究了一种基于图像分块的变子集OSEM重建方法,该方法将图像空间分割成等大小的图像块,然后在迭代过程中,对于不同的图像块用变化的子集进行图像重建。计算机仿真实验表明：该方法在锥束CT图像重建中,能够在抑制噪声的同时提高重建图像的收敛速度。     

An external field prior for the hidden Potts model with application to cone-beam computed tomography

In images with low contrast-to-noise ratio (CNR), the information gain from the observed pixel values can be insufficient to distinguish foreground objects. A Bayesian approach to this problem is to incorporate prior information about the objects into a statistical model. A method for representing spatial prior information as an external field in a hidden Potts model is introduced. This prior distribution over the latent pixel labels is a mixture of Gaussian fields, centred on the positions of the objects at a previous point in time. It is particularly applicable in longitudinal imaging studies, where the manual segmentation of one image can be used as a prior for automatic segmentation of subsequent images. The method is demonstrated by application to cone-beam computed tomography (CT), an imaging modality that exhibits distortions in pixel values due to X-ray scatter. The external field prior results in a substantial improvement in segmentation accuracy, reducing the mean pixel misclassification rate for an electron density phantom from 87% to 6%. The method is also applied to radiotherapy patient data, demonstrating how to derive the external field prior in a clinical context.     

三维锥束CT投影数据的模拟

三维锥束CT是目前研究的热点,也是医学CT和工业CT的发展方向。三维重建算法的可靠性和准确性的研究过程中,模型的设计以及投影数据的模拟是必不可少的一部分。本文详细介绍了3DShepp-Logan头部模型的设计思路、推导了等距锥束射线投影仿真公式,基于3DShepp-Logan头部模型进行了投影数据模拟,并利用FDK算法的重建结果验证了思路的可行性和模型计算的准确性。     

扇束CT极坐标反投影重建算法的对称优化

为了提高扇束滤波反投影(FBP)算法重建图像的速度,提出一种极坐标反投影算法的优化快速重建方法。算法利用三角函数对称性对多幅预处理后的投影数据同时进行极坐标反投影运算;在反投影数据坐标转换时运用像素位置参数的对称性,以减少双线性插值的计算量。实验结果表明,在不牺牲重建图像质量前提下,与传统卷积反投影重建算法相比,优化算法的重建速度提高8倍以上。该优化方法也适应于三维锥束重建,并可推广到多层螺旋三维重建。     

锥束CT感兴趣区域图像重建研究

针对锥束CT感兴趣区域扫描中存在的截断投影数据图像重建问题,提出用基于迭代的代数重建(ART)算法进行重建。锥束ART算法的缺点是计算量大、重建速度慢。为了提高该算法的重建速度,提出了一种基于多核平台的快速并行图像重建方法。首先将三维重建区域等分为上下两块,相应地,探测器平面也分为上下两部分;然后通过双线性插值计算虚拟探测器投影数据;最后通过多线程技术在多核平台上实现了ART算法的并行重建,在保持较高重建精度的同时取得了约两倍的重建加速比。在此基础上,通过仿真实验对3DShepp-Logan模型不同感兴趣区域进行了重建,实验结果表明,ART算法用于感兴趣区域图像重建是可行的。     

基于Spark的CT图像FBP重建算法程序并行设计

将常用于CT图像重建的滤波反投影算法程序设计成能够运行在大数据框架Spark中的并行模式,以此来提高计算效率并实现批量图像的重建,缩短图像重建时间。基于分布式计算框架Spark,利用其图像处理工具Thunder,将滤波反投影算法在图像重建过程中设计成并行程序模式,实现图像的片间并行重建。实验结果表明,随着Spark集群规模的不断扩大,在确保重建图像质量的前提下,重建一定数量的CT图像相比单机模式下时间显著缩短,并行滤波反投影算法具有完全加速比,并行效率趋近于1。基于Spark集群实现的滤波反投影算法能够显著提升CT图像重建速度,并实现大量图像并行重建,可扩展其他的CT图像重建算法,对远程医学图像重建平台的建设具有重要参考意义。     

CT有限角度算法的比较研究

在医学临床中,C形臂X射线机的应用愈来愈广泛。由于C臂机自身的特点,且所检测物体的密度及形状存在较大差异,使得其在有限角度下所获得的投影图像断截,投影数据不完全。本文主要分析在有限角度下CT图像最优准则重建的算法。通过对迭代重建算法ART、SART以及TV-SART的比较,得知在有限角为90°的情况下,TV-SART的重建图像更为清晰,更接近原始图像,从而为基于C形臂CT的成像系统的实现提供可靠的理论支撑。